Ett blomstrande ekosystem fungerar som ett slutet system som behåller näringsämnen år efter år. Däremot exporterar jordbrukslandskap som majsfält viktiga näringsämnen genom skördade grödor, vilket bryter kretsloppet. Orörda regnskogar behåller dock det mesta av sin fertilitet intakt eftersom avverkat virke är minimalt och organiskt material finns kvar på plats. Utmaningen är att många näringsämnen är låsta i växtskräp och inte kan absorberas direkt av rötterna.
Bakterier är den mest mångsidiga gruppen av organismer på jorden och frodas i miljöer som sträcker sig från sura varma källor till syrefattiga djuphavsventiler. Inom denna mångfald spelar en delmängd – nedbrytare – en avgörande roll i näringsämneskretsloppet genom att bryta ner dött organiskt material och återföra användbara mineraler till jorden.
I trädgårdsjordar omvandlar nedbrytarbakterier färska växt- och djurrester till humus, en stabil organisk matris som låser kol och förbättrar den långsiktiga fertiliteten. Skogsjordar är beroende av dessa mikrober för att bryta ned vedartad skräp, vilket förhindrar kolansamling på skogsbotten och upprätthåller atmosfärens CO₂-balans. Dessutom livnär sig många högre organismer på dessa bakterier och får därigenom de återvunna näringsämnena som lagras i dem.
Utöver nedbrytning omvandlar vissa bakterier aktivt atmosfäriskt kväve (N₂) till växttillgängliga former som ammonium och nitrat – en process som kallas biologisk kvävefixering. De mest välkända representanterna tillhör släktet Rhizobium och bildar symbiotiska knölar på baljväxtrötter, men andra släkten (t.ex. Azotobacter, Frankia) har liknande funktioner. Denna process är avgörande eftersom kväve kan förloras till atmosfären via denitrifikation eller förångning; kvävefixerande mikrober återvinner och återvinner det tillbaka till jorden.
